История создания гигрометра кратко
Обновлено: 30.06.2024
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Актуальность темы
Психрометры, как правило, используются для измерения величины относительной влажности воздуха. Показатели относительной влажности являются важными показателями в различных областях науки и производства. Например, показания влажности воздуха очень важны при использовании весового оборудования для получения точных показателей взвешивания. Содержание влаги в воздухе влияет на самочувствие людей. Этот показатель обязательно должен находиться в пределах среднего диапазона. Пониженная влажность воздуха может приводить к затрудненному дыханию и пересыханию слизистых оболочек, а повышенная – к ухудшению физического состояния. Особенно строго следить за этим значением нужно людям, имеющим заболевания дыхательных путей.
История создания
Влажность труднее измерить, чем температуру, и поэтому первые гигрометры были не совсем точными. Леонардо да Винчи изобрел первую версию гигрометра уже в конце 1400 года. Гийом Амонтонс изобрел гигрометр, который был похож на трехжидкостный барометр, в 1687 году. В 1781 году Гораций Бенедикт де Соссюр (1740–1799) обнаружил, что человеческий волос, хорошо показывает влажность. Крупный прорыв в гигрометрии был сделан в 1802 году британским исследователем Джоном Далтоном (1766-1844). Он показал, что количество водяных паров, необходимых для насыщения, сильно зависит от температуры. Это привело к пониманию относительной влажности и того, как пользоваться гигрометром психрометрическим. Показания влагомера взаимозаменяемы, простыми расчетами они преобразуются из одного вида в другой – относительная влажность помогает определить точку росы или абсолютную влажность. Влагомер его особенности. Для того чтобы узнать, как пользоваться гигрометром нужно рассмотреть основные типы приборов для измерения влажности. Психрометр состоит из двух отдельных термометров, закрепленных на одном корпусе. Один является сухим, а другой — влажным (мокрым). Нижний конец мокрого термометра покрыт специальной тканью, исполняющей роль фитиля. Он постоянно находится в воде, охлаждая и смачивая мокрый термометр. При температурах (Т) выше точки замерзания воды фитиль снижает температуру мокрого термометра, она обычно ниже сухого. Однако когда Т воздуха падает ниже нуля, влажный термометр покрывается тонким слоем льда, и она может быть теплее сухого термометра.
Принцип работы и устройство психрометров
Действие любого психрометра основывается на физическом свойстве жидкости, в частности воды, испаряться и возникающих при этом разностей температур, которые показываются сухим и влажным термометрами.
Зафиксировав показания сухого и влажного термометров в определенный момент времени, при помощи психрометрической таблицы, можно определить относительную, а затем при помощи психрометрической формулы - абсолютную влажность воздуха.
е — упругость водного пара находящегося в воздухе (абсолютная влажность воздуха);
Е — максимально возможная упругость водного пара при температуре tс смоченного термометра;
t —температура воздуха;
А — коэффициент, который зависит от устройства термометра и скорости прохождения воздуха возле резервуара термометра;
P —давление воздуха.
Виды психрометров
Различают три вида психрометров:
Стационарный психрометр
Рис. 1 - Стационарный психрометр (психрометр Августа)
Аспирационный психрометр
Рис. 2 - Аспирационный психрометр (психрометр Асмана)
Аспирационный психрометр (психрометр Асмана) является более сложным прибором. Термометры в данном психрометре помещены в специальный корпус, который служит для них защитой от повреждений и теплового воздействия окружающих предметов. Обдув термометров производится при помощи специального вентилятора, называемого аспиратором, с постоянной скоростью около 2 м/сек. Аспирационный психрометр - наиболее точный и надежный прибор для измерения температуры и влажности воздуха при положительных температурах окружающей среды.
Общим, для аспирационного и стационарного психрометров является то, что оба они построены на базе ртутно-стеклянных термометров, что и определяет их общий недостаток - хрупкость, а также невозможность проведения контроля дистанционно.
Дистанционный психрометр
Рис. 3 - Дистанционный психрометр
Дистанционный психрометр – это уже промышленный психрометр, в котором для измерения влажности воздуха используются различные термометры сопротивления, а также термопары и термисторы. Основные типы таких приборов: манометрические и электрические психрометры. Тут все зависит от типа используемого термометра.
В манометрическом психрометре, как следует из названия, обычно используются либо двухканальный манометрический термометр, либо два одноканальных, где один из термобаллонов снабжен системой увлажнения.
Более широкое распространение получили психрометры, в которых используются термометры сопротивления, термопары, термисторы. Однако, также как и в других психрометрах, обязательным условием для надежной работы и точности показаний является использование сухого и увлажненного преобразователей и датчиков температуры.
Практическая часть
В доме, где есть маленькие дети или люди с астмой, бронхитом и сердечнососудистыми заболеваниями, психрометр просто необходим. Но, покупать его не обязательно, ведь можно все сделать самому. Данный прибор поможет измерить не только влажность, но и температуру воздуха.
В этой работе был самостоятельно изготовлен и применен для определения уровня влажности в различных помещениях с тационарный психрометр (психрометр Августа).
Указание мер безопасности при работе с психрометром
При работе с психрометром запрещается:
Подвергать психрометр резким ударам, как при монтаже, так и при эксплуатации;
Протирать шкалу термометров и психрометрическую таблицу растворителями, кислотами и другими аналогичными жидкостями;
Перегревать термометры психрометра. При перегреве произойдет разрушение резервуаров термометров.
Подготовка психрометра к работе
1. Установить психрометр и убедиться в комплектности прибора.
2. Заполнить питатель дистиллированной водой.
3. Установить питатель на основании таким образом, чтобы от края открытого конца питателя до резервуара термометра было расстояние не менее 20 мм, а фитиль не касался стенок открытого конца питателя.
Перед установкой питателя в рабочее положение смочите фитиль окунув резервуар мокрого термометра в питатель с водой.
4. Установить психрометр в вертикальном положении. В месте установки психрометра должны отсутствовать вибрации, источники тепла или холода, создающие разницу температур между нижним, основным резервуаром и верхним запасным, более чем в 2°С.
5. Минимальное время выдержки психрометра в измеряемой среде 30 минут.
Порядок работы психрометра
1. Снять показания по "сухому" и "увлажненному" термометрам.
2. Работающий с психрометром должен находиться от него на расстоянии нормальной видимости отметок шкалы и остерегаться во время отсчетов дышать на термометры. При отсчете показаний термометров вначале быстро отсчитываются десятые доли градуса, затем целые градусы.
3. Определить температуру по термометрам. Вычислить разность температур по "сухому" и "увлажненному" термометрам.
4. Определить относительную влажность воздуха по психрометрической таблице. Искомая относительная влажность будет на пересечении строк температуры по "сухому" термометру и разности температур по "сухому" и "увлажненному" термометрам.
Пример определения относительной влажности
1. Определяем температуры по "сухому" и "увлажненному" термометрам и разность между этими температурами.
Принимаем Тс=22,4°С, разность температуры (Тс-Тв) равна: 22-16= 6°С.
2. Определяем относительную влажность для Тс=22,4°С и Тс-Тв=6,0°С, для чего интерполированием значения относительной влажности по таблице для Тс = 22°С и Тс-Тв=6,0°С.
Разность Тс-Тв по таблице
Характерные неисправности психрометров психрометрических и методы их устранения
1. В конструкцию психрометра входят детали из стекла, поэтому оберегайте психрометр от падений и резких ударов.
2. В случае разрушения питателя замените его другим.
3. Разрывы термометрической жидкости являются устранимой неисправностью. При появлении разрывов жидкости в термометрах, устраните их путем осторожного подогрева резервуаров термометров до соответствующих температур (не более 50°С. При перегреве произойдет разрушение резервуаров термометров).
Техническое обслуживание психрометров психрометрических
1. Питатель всегда должен быть заполнен дистиллированной водой по ГОСТ 6709-72. Вода дополняется заблаговременно, лучше всего сразу после проведения измерений или не менее, чем за 30 минут до начала измерений влажности.
2. Допускается применение кипяченой воды, время кипячения не менее 15 минут. Питатель заполнять водой, предварительно охлажденной до температуры окружающего воздуха.
3. Фитиль на резервуаре "увлажненного" термометра должен быть всегда чистым, мягким и влажным. При запыленности воздуха фитиль необходимо менять 1 раз в две недели, при большей запыленности по мере загрязнения фитиля.
4. Перед заменой удалить загрязненный фитиль с резервуара термометра. Протереть резервуар тампоном ваты, смоченным теплой водой.
5. Отрезать фитиль длиной 60 мм. Смочить фитиль в дистиллированной воде или кипяченой и натянуть его на резервуар термометра так, чтобы была возможность завязать его ниткой над резервуаром. Конец завязанного фитиля над резервуаром должен быть не менее 7 мм.
6. Подготовить две петли из ниток. Одной петлей туго затянуть фитиль над резервуаром термометра и завязать нитки. Вторую петлю надеть на фитиль под резервуаром и постепенно стягивать ее, все время расправляя фитиль так, чтобы он плотно облегал резервуар. Петлю затянуть не туго, а так, чтобы она не препятствовала капиллярному смачиванию ткани фитиля на резервуаре термометра.
7. Новый фитиль и питатель установить на психрометр.
Правила хранения психрометров
Психрометры храните в закрытых, сухих помещениях в вертикальном или наклонном положении. Не допускается хранить психрометры на расстоянии менее 1 м от источников тепла (отопительных устройств, различных нагревателей и т. п.).
Измерение погодных условий
Наблюдение и количественное измерение погоды становится все более актуально в современном мире в виду ухудшающейся экологической обстановки и повышенной чувствительности широких групп людей к неблагоприятным погодным условиям, кроме того прогнозирование погоды необходимо для осуществления успешной хозяйственной деятельности человека. Приборы для измерения и прогнозирования погодных условий развивались совместно с научно-техническим прогрессом.
Измерение влажности и точки росы. Гигрометры.
Влажность воздуха так же является важнейшим параметром характеризующим погоду и климат. Влажность показывает содержание водяного пара в воздухе. Различают абсолютную влажность – это масса водяного пара в воздухе отнесенная к единице объема воздуха, и относительная – это отношение текущей абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влажности при данной температуре. Другой важный параметр, который определяется влажность – точка росы. Точка росы – это температура, до которой должен охладиться воздух, для образования конденсата (росы) при данной влажности. Приборы используемые для измерения влажности – гигрометры. Историческая справка:
1400 – Леонардо да Винчи (Италия): Первый примитивный гигрометр.
1664 – Франческо Фолли (Италия): Первый практический гигрометр.
1783 – Орас Бенедикт де Соссюр (Швейцария): изобрел гигрометр, который использует человеческий волос для измерения влажности.
1820 – Джон Фредерик Даниэля (Великобритания): определение точки росы с помощью гигрометра основанного на принципе измерения колебаний электрического сопротивления.
Виды гигрометров:
Весовой гигрометр. Весовой гигрометр служит для определения абсолютной влажности.
Волосной гигрометр. Основан на свойстве человеческого волоса изменять длину в зависимости от влажности. Диапазон измерения от 30% до 90% относительной влажности, погрешность ±2,5 %. Волосной гигрометр используется во всех аналоговых метеостанциях. Пленочный гигрометр принцип действия аналогичен волосному гигрометру, где полимерная пленка заменят человеческий волос. Данный тип гигрометров применяется во всех аналоговых метеостанциях.
Электролитический гигрометр. Измерение влажности происходит за счет изменения проводимости и сопротивления соли электролита (зачастую хлористый литий) нанесенного на пластинку. Аналогичен по действию керамический гигрометр, где измеряют колебания сопротивления твердо-пористой керамической массы в зависимости от влажности. Конденсационный гигрометр служит для определения точки росы. Кроме того для измерения точки росы все больше распространение получают электролитические гигрометры с подогревом.
Измерение атмосферного давления. Барометры.
Атмосферное давление является ключевым показателем необходимым для прогнозирования погоды, кроме того его колебания и величина оказывают большое влияние на состояние сосудистой системы, функцию дыхания, и газовый обмен человека.
1644 – Евангелиста Торричелли (Италия): изобретает ртутный барометр.
1843 – Люсьен Види: изобретение барометра-анероида.
Ртутные барометры применяются для точных измерений в метеобюро. Средняя высота ртутного столба в барометре на уровне моря составляет около 760 мм.
Барометр-анероид представляет собой гофрированную тонкостенную металлическую коробку, из которой частично откачан воздух. При понижении давления коробка увеличивается, а при повышении сжимается. Прикрепленный указатель фиксирует эти изменения. Барометры-анероиды наиболее распространенный класс барометров, они легкие и удобные в использовании и транспортировке. Используются в современных бытовых аналоговых и цифровых метеостанциях и бытовых барометрах. В цифровых метеостанциях применяется электронный барометр-анероид чувствительным элементом которого, является кварцевая мембрана.
Измерения температуры, влажности, точки росы, атмосферного давления являются основными параметрами характеризующими состояние погоды и необходимые для прогнозирования. Профессиональные домашние метеостанции с помощью специальных измерительных датчиков могут дополнительно получать данные о количестве выпавших осадков, силе и направлении ветра, интенсивности УФ-излучения.
Важнейшими показателями, определяющими состояние окружающей среды, является температура и влажность воздуха.
Прибор для измерения температуры – термометр – имеется сегодня в каждом доме, и перед выходом на улицу мы всегда сверяемся с его показателями, чтобы выбрать соответствующую одежду. Но хотя знать уровень влажности воздуха не менее важно, чем температуру, гигрометры не стали популярными у населения.
Обычно их можно встретить только в специализированных лабораториях или на метеостанциях. Между тем, это очень полезный прибор, который пригодится каждому из нас в повседневной жизни.
Что собой представляет гигрометр?
Как уже сказано, гигрометром называют прибор, измеряющий содержание влаги в атмосфере. В зависимости от размещения, он может показывать количество влаги в комнате или на улице, в подвале, кладовой и даже в вашем платяном шкафу.
Гигрометры различных конструкций могут показывать процентное содержание влаги в воздухе или абсолютное количество паров воды в кубометре воздушной массы. Как правило, абсолютное содержание влаги показывает профессиональная узкоспециализированная аппаратура, тогда как приборы бытового и общего назначения демонстрируют процентное соотношение влажности.
Виды гигрометров
Измерением влажности воздуха ученые занимаются в течение нескольких последних столетий. Честь изобретения гигрометра принадлежит французскому естествоиспытателю и механику Гийому Амонтону, который изготовил первый прибор в 1677 году.
Самый простой гигрометр использует свойство человеческого волоса изменять свою длину при изменениях влажности. Обезжиренный волос закрепляют на рамке и одним концом прикрепляют к стрелке прибора.
При изменениях влажности волос натягивается или ослабевает, отклоняя стрелку в разные положения вдоль шкалы. Вместо волоса можно использовать сосновую стружку, которая при колебаниях влажности скручивается либо распрямляется.
Аналогичным образом действуют и пленочные гигрометры. Тонкая пленка из чувствительного к влажности материала при возрастании уровня влажности растягивается, а при уменьшении – сжимается. Изменение положения пленки заставляет отклоняться прикрепленную к ней стрелку, которая показывает влажность воздуха на градуированной шкале.
Электролитический гигрометр использует для измерения влажности свойство хлористого лития впитывать атмосферную влагу. При изменении концентрации солевого раствора изменяется и его электрическое сопротивление, что находит отражение в показаниях гигрометра.
Такой прибор желательно использовать только в комнатных условиях, в более-менее стабильном температурном режиме. При существенных колебаниях температуры показания не будут отличаться высокой точностью.
Принцип действия конденсационного гигрометра основан на осаждении паров воды на поверхности охлаждаемого металлического зеркала. При этом фиксируется температура, необходимая для появления конденсата: чем она ниже, тем более сухим является воздух.
Измерения проводятся, как правило, полупроводниковыми измерительными элементами – это одна из наиболее современных и точных конструкций, доступных для бытового использования.
Для чего необходим гигрометр?
Информация об уровне влажности воздуха может понадобиться в самых разных случаях. Не секрет, что чересчур влажный воздух в квартире приводит к росту простудных заболеваний, а также появлению на стенах и потолке пятен грибка, разрушающего строительные и отделочные материалы.
Однако слишком сухой воздух тоже вреден для здоровья, поскольку пересушивает слизистую оболочку горла и носоглотки, лишая ее защитных свойств.
Если летом влажность воздуха в квартире регулируется естественным путем с помощью открытых оконных форточек, то зимой с этим нередко возникают проблемы. Зная показатель влажности воздуха, намного проще избегать отклонений от нормы в ту или другую сторону.
Это может быть очень важным, особенно если в доме живут маленькие дети, пожилые люди или те, кто болеет астмой, бронхитом, сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Наблюдение за уровнем влажности важно и во многих других случаях – например, для тех, кто хочет сохранить в погребе овощи в течение зимы, до будущего урожая. Высокая влажность воздуха в погребе приведет к загниванию овощей, а чересчур сухой воздух сделает их вялыми и непригодными в пищу.
Особенно большое значение это имеет для фермерских хозяйств, которые не только выращивают сельскохозяйственную продукцию для собственных нужд, но и продают ее населению.
Соблюдение определенных параметров влажности может оказаться важным в самых разных сферах деятельности: в строительстве, пищевой промышленности, тепличном хозяйстве, медицине, коммунальном хозяйстве, в школах и дошкольных детских учреждениях и т.д.
Привыкнув контролировать уровень влажности, вы вскоре обязательно заметите улучшения во всех сферах своей жизни, от здоровья до материального благосостояния.
Читайте также: